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歐姆定律
 

歐姆定律是指在同一電路中,通過某段導體電流跟這段導體兩端的電壓成正比,跟這段導體的電阻成反比。歐姆定律是電路的基本定律之一,它表達了電路中I、U、R等基本物理量之間的關係的定律。[1]

該定律是由德國物理學家喬治·西蒙·歐姆1826年4月發表的《金屬導電定律的測定》論文提出的。隨研究電路工作的進展,人們逐漸認識到歐姆定律的重要性,歐姆本人的聲譽也大大提高。為了紀念歐姆對電磁學的貢獻,物理學界將電阻的單位命名為歐姆,以符號Ω表示。

基本信息

中文名稱 :歐姆定律

發現者: 喬治·西蒙·歐姆

學科; 物理學

發現時間 : 1826年4月

公式: I=U/R 、I =E/R+r

定律內容

 

部分電路歐姆定律

對於不包括電源的部分電路,通過導體電流(I),與導體兩端的電壓(U)成正比,與導體的電阻(R)成反比,這一規律稱為部分電路歐姆定律。表達式為:I=U/R

將上式變換得 U=IR、R=U/I[2]

U——電壓——伏特(V);R——電阻——歐姆(Ω);I——電流——安培(A)

使用歐姆定律時需注意:R=I不能被理解為導體的電阻跟這段導體兩端的電壓成正比,跟導體中的電流成反比。因為電阻是導體本身的一種性質,它的大小決定於導體的材料、長度、橫截面積溫度,其大小跟導體的電流和電壓無關。人們只能是利用這一公式來測量計算導體的電阻而已。[3]

全電路歐姆定律

 

在全電路中,閉合電路中的電流與電源的電動勢成正比,與電路中負載電阻及電源內阻之和成反比,這一規律稱為全電路歐姆定律。表達式為:I =E/R+r

式中 I——電路中流過的電流,單位為安培(A);  

E——電源電動勢,單位為伏特(V);  

R——負載電阻,單位為歐姆(Ω);  

r——電源的內阻,單位為歐姆(Ω)。

如果要考慮連接導線的電阻時,則總電阻中還要加上導線的電阻值。[4]

發展歷史

 

歐姆第一階段的實驗是探討電流產生的電磁力的衰減與導線長度的關係,其結果於1825年5月在他的第一篇科學論文中發表。在這個實驗中,他碰到了測量電流強度的困難。在德國科學家施威格發明的檢流計啟發下,他把奧斯特關於電流磁效應的發現和庫侖扭秤方法結合起來,設計了一個電流扭力秤,用它測量電流強度。歐姆從初步的實驗中發出,電流的電磁力與導體的長度有關。其關係式與今天的歐姆定律表示式之間看不出有什麼直接聯繫。歐姆在當時也沒有把電勢差(或電動勢)、電流強度和電阻三個量聯繫起來。

1825年5月歐姆在他的第一篇科學論文中發表電流產生的電磁力的衰減與導線長度的關係,是有關伽伐尼電路的論文,但其中的公式是錯誤的。

1826年4月歐姆改正了這個錯誤,得出有名的歐姆定律。

1827年出版了他最著名的著作《伽伐尼電路的數學論述》,文中列出了公式,明確指出伽伐尼電路中電流的大小與總電壓成正比,與電路的總電阻成反比,式中S為導體中的電流強度(I),A為導體兩端的電壓(U),L為導體的電阻(R),可見,這就是今天的部分電路歐姆定律公式。

1876年,詹姆斯·麥克斯韋與同事,共同設計出幾種測試歐姆定律的實驗方法,能夠特別凸顯出導電體對於加熱效應的響應。[5]

應用局限

 

歐姆定律只適用於純電阻電路,金屬導電和電解液導電,在氣體導電和半導體元件等中歐姆定律將不適用。

在通常溫度或溫度不太低的情況下,對於電子導電的導體(如金屬),歐姆定律是一個很準確的定律。當溫度低到某一溫度時,金屬導體可能從正常態進入超導態。處於超導態的導體電阻消失了,不加電壓也可以有電流。對於這種情況,歐姆定律當然不再適用了。

在通常溫度或溫度變化範圍不太大時,像電解液(酸、鹼、鹽的水溶液)這樣離子導電的導體,歐姆定律也適用。而對於氣體電離條件下,所呈現的導電狀態,和一些導電器件,如電子管、晶體管等,歐姆定律不成立。[6]

參考來源

  1. 電路基本定律--什麼是歐姆定律,百度網,2018-01-25
  2. 什麼是歐姆定律,百度網,2018-07-20
  3. 歐姆定律,出國留學網
  4. 歐姆定律,高中物理網
  5. 歐姆定律的含義是什麼,育才學習網,2019-11-25
  6. 歐姆定律及其適用條件,人民教育出版社網